La espectroscopia de resonancia magnética nuclear es una herramienta común para el estudio de la estructura de las proteínas y la identificación de la composición química de los materiales. También constituye la base de la técnica de toma de imágenes médicas por resonancia magnética, o IRM. Sin embargo, para generar los fuertes campos magnéticos (cerca de siete teslas) necesarios para alcanzar los niveles de precisión de las IRM, deben usarse imanes superconductores voluminosos y caros.
El imán, desarrollado por Federico Casanova y sus colegas en el departamento de química macromolecular de la RWTH Aachen University, es aproximadamente del tamaño de una batería D estándar y pesa 500 gramos. Aunque con anterioridad se ha logrado crear imanes portátiles, este nuevo diseño permite mediciones de RMN tan precisas como las de los imanes comerciales de gran tamaño. "Este es un paso significativo y adicional hacia la RMN móvil de alta resolución", afirma Alexander Pines, profesor de química en la Universidad de Califo ia, Berkeley, dedicado al desarrollo de un nuevo tipo de diseños compactos para la IRM.
A medida que el tamaño de los imanes permanentes se reduce, esto genera campos magnéticos menos uniformes debido a las pequeñas imperfecciones en su material y forma. Esto significa que se pueden utilizar menos cantidades de muestras de materiales, por lo que las mediciones de RMN son casi mil veces menos sensibles que si se utilizara un imán superconductor. Por tanto, la señal de RMN se convierte en algo comparable al ruido electrónico, y el dispositivo puede dejar de detectar productos químicos presentes en cantidades muy pequeñas.
El nuevo imán genera un campo magnético de 0,7 teslas, pero crea un campo extremadamente homogéneo. Como resultado, se trata del primer imán portátil capaz de funcionar con los tubos convencionales de cinco milímetros en los que se colocan las muestras de RMN. "El objetivo de nuestro trabajo es tomar este tubo, mantener el volumen constante, y construir el imán más pequeño posible con la homogeneidad deseada", afirma Casanova. "Hicimos algo importante, y consistió en corregir la falta de homogeneidad provocada por las imperfecciones en el imán."
Refiriéndose a los resultados como impresionantes, Louis Bouchard, profesor de química en la Universidad de Califo ia, en Los Ángeles, afirma que ningún diseño previo de imán móvil ha alcanzado un rendimiento tan bueno. Bouchard considera que el costo del imán debería ser mucho más bajo que el de los imanes comerciales de RMN actuales. "Esto probablemente ayude a que el uso de las unidades de RMN se extienda mucho más", señala. "Si vendiesen este producto a nivel comercial, probablemente yo lo compraría".
El imán portátil podría usarse para crear dispositivos de RMN sensibles y de alta resolución que podrían usarse en excavaciones arqueológicas para identificar artefactos, así como en fábricas para detectar la contaminación en los productos. Podría ser usado en los consultorios médicos para detectar coágulos de sangre, bacterias, o proteínas de cáncer en la sangre de un paciente. También podrían crearse máquinas portátiles de RMN para supervisar la producción de medicamentos y productos químicos en la línea de manufactura, evitando tener que llevar muestras a los laboratorios químicos de RMN para su análisis.
Casanova y sus colegas han ajustado un diseño de imán bastante popular, conocido como matriz de Halbach, consistente en una distribución especial de muchos imanes permanentes que enfoca los campos magnéticos sólo en un lado de la matriz. Uno de los diseños más comunes es el cilindro de Halbach, que posee un intenso campo magnético en el interior del cilindro. Ese fue el punto de partida para los investigadores. Tal y como describen en un artículo publicado por inte et en la revista Angewandte Chemie, primero apilan tres anillos de cobalto samario para crear el cilindro. El diámetro exterior del cilindro es de 35 milímetros; el diámetro interior de 15 milímetros es suficientemente grande como para contener un tubo de RMN estándar.
Cada anillo de imanes está hecho de piezas con forma trapezoidal, con espacio entre ellas. Estos espacios se rellenan con piezas rectangulares que se mueven hacia dentro y hacia fuera hasta dos milímetros. Los investigadores miden la falta de homogeneidad en el campo magnético creado por los anillos de Halbach. Después, con la ayuda de unas complejas simulaciones por ordenador, calculan cuánto necesitan mover cada una de las piezas rectangulares para ajustar el campo magnético y suavizar las faltas de homogeneidad.
Los investigadores afirman que podrían crearse imanes incluso mejores mediante el ajuste del diseño. Si bien la fuerza de campo del imán es de 0,7 teslas en este momento, el aumento del diámetro exterior del imán debería hacer posible la generación de 1,5 teslas, aseguran los investigadores. Es más, con el uso de imanes hechos de otros materiales tales como el neodimio, se podrían generar hasta dos teslas.